java中的 HashMap 的加载因子是0.75原理探讨
作者：皮牙子抓饭
背景
在了解加载因子的作用之前，我们先来看一下HashMap的内部实现。HashMap基于哈希表（Hash Table）实现，它使用键的哈希码（Hash Code）来确定存储位置。当我们向HashMap中插入一个键值对时，HashMap会计算键的哈希码，并根据哈希码找到对应的存储位置。如果两个键的哈希码相同，我们称之为哈希碰撞（Hash Collision）。为了解决哈希碰撞的问题，HashMap使用链表（LinkedList）或红黑树（Red-Black Tree）来存储具有相同哈希码的键值对。
加载因子的作用
加载因子是一个衡量HashMap填充程度的指标，它定义了HashMap何时进行扩容操作。加载因子的计算公式为：??加载因子 = 元素个数 / 容量??。当元素个数达到容量乘以加载因子时，HashMap会自动进行扩容操作，以保持HashMap的性能。
为什么加载因子是0.75？
加载因子的选择是一个权衡的结果，它既要保证HashMap的性能又要节约内存空间。为什么Java中的HashMap的加载因子被设置为0.75呢？这是因为在大多数情况下，0.75是一个比较理想的值，可以在时间和空间上取得一个平衡。
减少哈希碰撞的概率
较低的加载因子可以减少哈希碰撞的概率。当加载因子较低时，哈希表的每个存储位置上的键值对较少，哈希碰撞的概率就相对较低。这样可以提高HashMap的性能，减少查找、插入和删除操作的时间复杂度。
节约内存空间
较高的加载因子可以节约内存空间。当加载因子较高时，HashMap可以容纳更多的键值对而不需要进行扩容。这样可以减少扩容操作对性能的影响，并降低内存的使用。
综合考虑
在实际应用中，0.75是一个经验值，它在大多数情况下可以取得较好的性能。当然，加载因子的选择还要考虑具体的应用场景和对性能和内存的要求。如果对内存空间要求较高，可以适当增加加载因子；如果对性能要求较高，可以适当减小加载因子。
以下是一个示例代码，演示了如何在Java中使用HashMap，并说明了加载因子的作用。
javaCopy codeimport java.util.HashMap;
public class HashMapExample {
public static void main(String[] args) {
// 创建一个HashMap实例
HashMap<String, Integer> hashMap = new HashMap<>();
// 向HashMap中插入键值对
hashMap.put("apple", 1);
hashMap.put("banana", 2);
hashMap.put("orange", 3);
hashMap.put("grape", 4);
hashMap.put("watermelon", 5);
// 打印HashMap的大小
System.out.println("HashMap的大小：" + hashMap.size());
// 打印HashMap的内容
System.out.println("HashMap的内容：" + hashMap);
// 获取指定键的值
int value = hashMap.get("banana");
System.out.println("键\"banana\"对应的值为：" + value);
// 删除指定键的键值对
hashMap.remove("orange");
// 打印删除后的HashMap内容
System.out.println("删除后的HashMap内容：" + hashMap);
// 修改指定键的值
hashMap.put("grape", 10);
// 打印修改后的HashMap内容
System.out.println("修改后的HashMap内容：" + hashMap);
}
}在示例代码中，我们创建了一个HashMap实例，并向其中插入了一些键值对。然后，我们展示了如何获取指定键的值、删除指定键的键值对以及修改指定键的值。最后，我们打印了HashMap的内容。 通过运行示例代码，可以看到HashMap的加载因子的影响。当元素个数达到容量乘以加载因子时，HashMap会自动进行扩容操作。你可以尝试修改示例代码中的加载因子，并观察HashMap的行为变化。
一个实际的应用场景是使用HashMap来统计一段文本中单词的出现次数。以下是一个示例代码：
javaCopy codeimport java.util.HashMap;
import java.util.Map;
public class WordCount {
public static void main(String[] args) {
String text = "This is a sample text. It contains several words. We want to count the occurrences of each word.";
// 创建一个HashMap来存储单词和出现次数的映射关系
Map<String, Integer> wordCountMap = new HashMap<>();
// 将文本按空格分割成单词数组
String[] words = text.split(" ");
// 遍历单词数组，统计每个单词的出现次数
for (String word : words) {
// 去除单词中的标点符号和空格
word = word.replaceAll("[^a-zA-Z]", "");
// 将单词转换为小写
word = word.toLowerCase();
// 如果单词已存在于HashMap中，则将其出现次数加1；否则，将其添加到HashMap中，并将出现次数初始化为1
if (wordCountMap.containsKey(word)) {
int count = wordCountMap.get(word);
wordCountMap.put(word, count + 1);
} else {
wordCountMap.put(word, 1);
}
}
// 打印每个单词及其出现次数
for (String word : wordCountMap.keySet()) {
int count = wordCountMap.get(word);
System.out.println(word + ": " + count);
}
}
}在这个示例代码中，我们将一个文本字符串按空格分割成单词数组，并使用HashMap来统计每个单词的出现次数。我们使用正则表达式去除单词中的标点符号和空格，并将单词转换为小写。然后，我们遍历单词数组，对每个单词进行统计。如果单词已存在于HashMap中，则将其出现次数加1；否则，将其添加到HashMap中，并将出现次数初始化为1。最后，我们遍历HashMap，打印每个单词及其出现次数。
结论
Java中的HashMap的加载因子被设置为0.75，是为了在时间和空间上取得一个平衡。较低的加载因子可以减少哈希碰撞的概率，提高HashMap的性能；较高的加载因子可以节约内存空间，并降低扩容操作对性能的影响。当然，加载因子的选择还要根据具体的应用场景和对性能、内存的要求进行权衡。
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